特許 7554203 信号対雑音比が高い光電脈波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】信号対雑音比が高い光電脈波センサ

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/02 20060101AFI20240911BHJP

   A61B 5/022 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

A61B5/02 310B

A61B5/02 310C

A61B5/022 400F

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021556457

(86)(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-08

(86)【国際出願番号】 IB2019052552

(87)【国際公開番号】W WO2020194036

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-03-17

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】521080439

【氏名又は名称】アクティーア・ソシエテ・アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(74)【代理人】

【識別番号】100208258

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 友子

(72)【発明者】

【氏名】デ・マルコ・バスチアン

(72)【発明者】

【氏名】シャピュイ・ヴァランタン

(72)【発明者】

【氏名】ヴィボルノヴァ・アンナ

(72)【発明者】

【氏名】ファレ・シビル

(72)【発明者】

【氏名】グロサンバシェ・オリヴィエ

(72)【発明者】

【氏名】シウトリク・ナデージュ

(72)【発明者】

【氏名】オリヴェーロ・エリーザ

(72)【発明者】

【氏名】ベアチ・マッティア

(72)【発明者】

【氏名】ソラ・イ・カーロス・ジョセプ・マリア

【審査官】鳥井 俊輔

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１１８５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０８６０６８０１（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０３０８３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００５８３００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０８２６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８０２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１０３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６３９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１１０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２５８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４７０５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００－５／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの身体に向けて放出光を放出するように構成された発光部と、ＰＰＧ信号を提供するように前記ユーザの身体の組織から反射又は散乱された検出光を検出する光学検出部とを備える検知部と、
前記検知部とユーザの身体との間に構成される境界部であって、前記発光部から身体に向かって前記放出光が透過し、前記身体から前記光学検出部に向かって前記検出光が透過する透明な境界要素を備える前記境界部において、前記透明な境界要素が境界透過率を持つ、前記境界部と
を備えて、
前記境界部が、間隙を前記検知部と前記透明な境界要素との間に備え、前記透明な境界要素が第１屈折率を持ち、前記間隙が第２屈折率を持ち、前記第１屈折率が第２屈折率より少なくとも１０％大きい、
前記ユーザの身体に接触するように構成された光電脈波（ＰＰＧ）センサにおいて、
前記透明な境界要素が、
反射防止境界を備える前記透明な境界要素の反射防止境界透過率が少なくとも９９％であるように構成された前記反射防止境界を備え、
前記透明な境界要素が１０ｍｍと１００ｍｍとの間の曲率半径を持ち、
前記反射防止境界が０．０２５μｍと０．４０μｍの粗さＲａを持つテクスチャー付与面を備え、
前記検知部が、前記発光部と前記光学検出部とが設けられている基部を備え、
前記基部は、可撓性であり、
前記検知部と前記透明な境界要素との間に前記間隙を画定するように前記基部と前記透明な境界要素との間に延在している境界構造を、前記境界部が備え、
圧力が前記基部又は前記透明な境界要素の一方又は両方に加えられたときに前記基部と前記透明な境界要素との間の距離を変えられるように、前記境界構造は柔軟である、
光電脈波センサ。

【請求項2】

前記第１屈折率は、前記第２屈折率よりも２０％又は３０％大きい、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項3】

前記反射防止境界は、インデックスマッチングコーティングと、単層干渉コーティングと、複層干渉コーティングとのうちいずれか１つで構成されている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項4】

前記反射防止境界が、前記透明な境界要素の複数の側部の中の一側部に備えられている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項5】

前記反射防止境界は、前記透明な境界要素の複数の前記側部の中で、前記検知部に比較的近い一側部に備えられている、請求項４に記載の光電脈波センサ。

【請求項6】

前記反射防止境界は、前記透明な境界要素の複数の前記側部の中で、前記検知部に対して比較的遠い一側部に備えられている、請求項４に記載の光電脈波センサ。

【請求項7】

前記反射防止境界は、前記透明な境界要素の両側に備えられている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項8】

接触型ＰＰＧセンサ又は非接触型ＰＰＧセンサを備える、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項9】

前記境界構造は、
前記発光部及び前記光学検出部の間にある中間壁と、
前記発光部及び前記光学検出部を囲む側壁と
を備える、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項10】

前記境界構造は、前記間隙が外部環境から密閉されるように構成されている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項11】

前記境界構造は、前記放出光が、前記透明な境界要素及び前記ユーザの身体を通過せずに前記光学検出部に到達することを防止するようにさらに構成されている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【請求項12】

前記境界構造は、周囲光が前記光学検出部に到達するのを防ぐようにさらに構成されている、請求項１１に記載の光電脈波センサ。

【請求項13】

腕バンド、手首、指先、耳のいずれか１つを含むユーザの身体の場所に装着されるべく構成されているか、あるいは、
ヘッドバンド、足首ブレスレット、チョーカー、リング、ヘルメット、耳栓、補聴器、ヘッドフォン、眼鏡、シャツ、ブラ、衣服、手袋、下着のパンツ、ソケット、靴、装着可能なセンサ、ユーザの皮膚に貼るパッチ、脈動信号センサのいずれかを含む装着可能装置に組み込まれるように構成されているか、あるいは、
ベッドセンサ、椅子センサ、トイレセンサ、テーブルセンサ、自動車センサ、コンピュータのマウスセンサのいずれかを含むユーザの身体（３００）に接触することに決まっている装置に組み込まれるように構成されている、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光電脈波センサ。

【請求項14】

手首に装着されて前記ＰＰＧ信号からの血圧決定用に構成されている、請求項１に記載の光電脈波センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高い信号対雑音比を有する光電脈波（ＰＰＧ）信号を測定するためにユーザの身体に装着されるフォトプレチスモグラフィー（光電脈波、ＰＰＧ）センサに関する。より具体的には、本発明は、発光部及び光学検出部を備える検知部を備えるＰＰＧセンサに関する。ここで、検知部は、外部環境から遮蔽され、ＰＰＧセンサは、良好な組立公差で容易に製造可能である。

【背景技術】

【0002】

世界保健機関（ＷＨＯ）によると、成人の３人に１人が世界中で高血圧に苦しんでいる。高血圧は、脳卒中や心不全などの重篤な合併症を引き起こすおそれがある。毎年、この病気は世界中で７５０万人の早死をもたらす。高血圧のパラドックスは、この状態に苦しんでいるほとんどの人が高血圧をわからないことである。

【0003】

さらに、非侵襲的血圧（ＢＰ）測定の現在の「最も標準的手法（ゴールドスタンダード）」は、腕の周りにカフを配置して実行されている。この１１０年前の技術はわずらわしく、自己監視を処方された患者には従いきれない。その結果、医療専門家が、この病気の診断と治療のための完全で高品質のデータを得られないことになっている。

【0004】

血圧モニタリングに最適な技術は、非侵襲的（人体への刺し込みを要しない）、非閉塞的（人体の一部周辺に圧力をかけなくてよい）、ビートツービート（心拍ごとの血圧値を測定可能）、いつでも、毎日（２４時間又は７日通して）家庭環境（監視された臨床環境だけでなく、クリニックの外の実生活環境でも血圧を測定可能）で、快適（その技術のユーザになんらわずらわしさを生じないこと）であるべきである。

【0005】

このような最適ＢＰ技術の探求において、ＰＰＧをパルス波解析（ＰＷＡ）技術に組み合わせることが、最近、研究機関や業界の関心事となってきている。フォトプレチスモグラフィー（ＰＰＧ）は、家庭環境で２４時間又は７日通して使用でき、動脈の拍動性（動脈圧パルスの到着によって生じる動脈の直径の変化）を快適に測定できる計測技術であり、ＰＷＡは、動脈の拍動パターン（心拍数や血圧など）から心臓血管の詳細な観察情報を抽出可能にする信号処理ツールである。これら２つの技術の組み合わせは、光学的血圧モニタリング（ＯＢＰＭ）として知られている。例えば、非特許文献１（ＤＯＩ：１０．１１０９／Ｍ ＰＵＬ．２０１８．２８５６９６０）を参照。

【0006】

ＯＢＰＭ解決策のさまざまな実装の中で、セットアップが特に重要である。手首にＯＢＰＭがある。ＰＰＧセンサを手首装置（例えば、ブレスレット、スマートバンド、又は時計）に組み込み、測定された信号にＰＷＡ分析手法を適用することで、ユーザの生活に簡単に統合可能なＢＰモニターを構築できる。よって、このような解決策が、歩行及び臨床状態におけるＢＰの初めてのカフなしでビートツービートのモニタリングへの扉を開き、臨床医にＢＰ規制に関する新しい洞察を提供し、革新的な予防及び治療案を提供する。例えば、特許文献１（ＵＳ２０１７０３６０３１４Ａ１）を参照。

【0007】

手首でＯＢＰＭ解決策を使用するには、特別なモダリティ（医療機器の種類やタイプ）のフォトプレチスモグラフィー、つまり（透過型フォトプレチスモグラフィーとは対照的な）反射型フォトプレチスモグラフィーの使用が必要である。例えば、非特許文献２（ＩＳＢＮ－１３：９７８－０７５０３０４６７２）を参照。

【0008】

反射型ＰＰＧセンサは、既製のＬＥＤを使用して皮膚の一部を照らして、既製のフォトダイオードを使用して組織を伝搬した光の一部を取得する。皮膚内の細動脈やその他の灌流構造の存在ゆえ、回収される光の部分の振幅は血流によって変調され、圧力パルスが照射された部分に到達するたびに局所的にその構造は変わる。検索された光変調の分析は、心拍数、心拍変動、血液成分、血圧、その他の心臓血管変数などユーザからの心臓血管情報の特定に関連することが知られている。例えば、非特許文献３（ＤＯＩ：１０．１０８８／０９６７－３３３４／２８／３／Ｒ０１）を参照。

【0009】

特許文献２（ＥＰ３０５７１３８）は、反射型光センサモジュール、光検知アクセサリ、及び光検知装置を開示している。反射型光センサモジュールは、光源と第１封止材と、光検出器と第２封止材と、基板とを備える。光源は、電力を放射エネルギーに変換し、物体表面に光を照射するように構成されている。光検出器は，物体表面からの光を受け取り，放射エネルギーを電流又は電圧に変換するように構成されている。光源と光検出器との間には、仕切りが配置されていて、封止材の少なくとも１つの内側表面は、傾斜面又はレンズであってもよい光指向性部品を形成する。光方向性部材は、光の取り出し効率と光の受け取り効率をそれぞれ向上させる。

【0010】

特許文献３（ＵＳ２０１７３１１８５６）は、物体から反射した光を検出する装置及び方法を開示している。この装置は、入射光を物体に向けるように構成された回折構造を含む導光素子と、前記物体から反射した光を検出するように構成された光検出素子とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３６０３１４号明細書

【文献】欧州特許第３０５７１３８号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１７／３１１８５６号明細書

【非特許文献】

【0012】

【文献】ＤＯＩ：１０．１１０９／Ｍ ＰＵＬ．２０１８．２８５６９６０

【文献】Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｕｌｓｅ Ｏｘｉｍｅｔｅｒｓ （Ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、ＩＳＢＮ－１３： ９７８０７５０３０４６７２

【文献】ＤＯＩ：１０．１０８８／０９６７－３３３４／２８／３／Ｒ０１

【文献】ｏａｉ：ｄｓｐａｃｅ、Ｉｂｏｒｏ．ａｃ．ｕｋ、２１３４／２２１８８（英国ルフバラ大学）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

残念ながら、現在の最先端のＰＰＧセンサにはいくつかの欠点がある。電気及びオプトエレクトロニクス部品を外部侵襲（湿度、ほこりなど）から保護するために、反射型ＰＰＧセンサは、ＰＰＧセンサと身体の間に「透明層の境界」を統合する。この層は、実際に身体に注入させてから身体から収集される光エネルギーの量に重要な損失をもたらし、センサの全体的な実行性能を低下させている。

【0014】

このような「透明層の境界」の統合を避けるために、一部の製造者は、ＰＰＧセンサと身体の間に直接接触を作る手段を提供している。この取り組みは、安全性（生体適合性、電気的安全性など）、使いやすさの問題（清浄度と消毒）、及び装置の組み立ての問題に関連してくる。

【0015】

最後に、反射型ＰＰＧセンサの大量生産（例えば、消費者向け製品）は、複数の光学的及び機械的要素による組立体の許容誤差の問題に関連する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本開示は、光電脈波（ＰＰＧ）センサに関し、このＰＰＧセンサは、
ユーザの身体に向けて放出光を放出するように構成された発光部と、ＰＰＧ信号を提供するように組織から反射又は散乱された検出光を検出する光検出部とを備える検知部と、
検知部とユーザの身体との間に構成される境界部であって、発光部から身体に向かって出射光が透過し、身体から光検出部に向かって検出光が透過する透明な境界要素を備える境界部において、透明な境界要素が境界透過率を持つ、境界部と
を備え、
透明境界要素は、反射防止境界を備え、反射防止境界が、反射防止境界を備える透明境界要素の反射防止境界透過率が、境界透過率よりも少なくとも４％大きくなるように構成されている。

【0017】

一実施形態では、ＰＰＧセンサは、手首に装着されて血圧測定用に構成されている。

【0018】

本明細書に開示されるＰＰＧセンサは、放出光の透過を増加させ、その結果、ＰＰＧ信号の高い信号対雑音比をもたらし、電力消費を低減する。また、検知部は外部環境から保護されている。前記ＰＰＧセンサは、良好な組立公差で容易に製造可能である。これら及びその他の有利点は、以下の説明から明らかになる。

【0019】

本発明は、例として与えられ、図によって示される実施形態の説明の助けを借りて、よりよく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、一実施形態による、発光部、透明な境界要素、及び反射防止境界を備える反射ＰＰＧを示す。

【図2】図２は、一実施形態による、発光部によって放出された放出光の透明な境界要素及び反射防止境界を介した透過を表す。

【図3】図３は、ＰＰＧセンサを示し、光学境界は、反射防止境界を備えていない。

【図4】図４は、ＰＰＧセンサを示し、光学境界は、反射防止境界を備えている。

【図5】図５は、一実施形態による、柔軟な境界構造を備えるＰＰＧセンサを示す。

【図6】図６は、境界構造を持つＰＰＧセンサを示す。

【図7】図７は、境界構造の別の構成を備えたＰＰＧセンサを示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、一実施形態による、ユーザの身体３００に装着されるものとされている反射性ＰＰＧセンサ１００を表している。ＰＰＧセンサ１００は、放出光２０１をユーザの身体３００の組織に向けて放出するように構成された発光部１０１と、ＰＰＧ信号を提供するように組織から反射又は散乱された検出部光２０２とを検出するための光学検出部１０２とを備える検知部１１０を備える。ＰＰＧセンサ１００は、ＰＰＧセンサ１００が着用されているときに、検知部１１０とユーザの身体３００との間に含まれる境界部１２０をさらに備える。境界部１２０は、放出光２０１が発光部１０１から組織に向かって行くときに透過されて、検出部光２０２が組織から光学検出部１０２に行くときに透過される、透明な境界要素１０４を備える。

【0022】

境界部１２０は、検知部１１０と透明な境界要素１０４との間に間隙１５０を備える。間隙１５０は媒体で満たされている。好ましくは、その媒体は空気である。

【0023】

一実施形態では、透明な境界要素１０４は、反射防止境界１０６を備える。

【0024】

透明な境界要素１０４は、ポリカーボネートと、アクリルと、シリコーンと、ガラスと、金属酸化物と、セラミックと、放出波長における吸収係数が低く、人間の皮膚の屈折率に近い屈折率を有する他の適切な透明材料とのような透明材料から製造し得るものである。低吸収係数は、緑色の波長範囲（５００ｎｍと５７５ｎｍの間）、赤外線の波長範囲（７５０ｎｍ超）、赤色の波長範囲（６５０ｎｍと７５０ｎｍの間）、黄色の波長（５７５と６５０の間））、青色の波長（４２０ｎｍと５００ｎｍ）、又はユーザの身体３００を貫通可能な他の任意の波長（４００ｎｍと１５００ｎｍの間）の値であり得る。透明な材料は、人間又は動物の組織（皮膚）と生体適合性がある。（反射防止境界１０６の有無にかかわらず）透明な境界要素１０４は、７０％又は８０％を超える光透光性を示すように構成され得るが、好ましくは９０％を超える光透過を示すように構成され得る。

【0025】

反射防止境界１０６は、任意の適切な反射防止手段又は反射防止コーティングを備え得る。 例えば、反射防止境界１０６は、屈折率整合コーティング、単層干渉コーティング、複層干渉コーティング、テクスチャライズ層、あるいは任意の他のタイプの反射防止コーティングの中で、任意の１つを単独で又は組み合わせて備えてよい。

【0026】

図２に示されるように、放出光２０１は、発光部１０１によって放出強度１１を持って放出される。放出光２０１は、透明な境界要素１０４の表面に入射する。反射強度Ｉ３の放出光２０１の反射部分２０３が反射され、透過強度Ｉ２の放出光２０１の透過部分２０７が、透明な境界要素１０４を介して（ユーザの身体３００内に）透過される。

【0027】

放出光２０１が（表面に垂直に）垂直入射での透明な境界要素１０４に当たるときの、反射された光の反射強度Ｉ３は、反射係数、又は次の数式（１）の反射率Ｒによって与えられる。

【数1】

ここで、ｎ_１及びｎ_２は、それぞれ、第１及び第２の媒体、すなわち、透明な境界要素１０４及び間隙１５０の屈折率である。

【0028】

吸収を無視する場合、透過率（又は透過係数）Ｔは１－Ｒに対応する。空気で満たされていて第２屈折率ｎ_２がおよそ１．０である間隙１５０から、第１屈折率ｎ_１がおよそ１．５である透明な境界１０４に移動する放出光２０１の場合、Ｒの値は、単一の反射で０．０４、又は４％である。よって、透明な境界要素１０４は、９６％の境界透過率Ｔ１を持つ、すなわち、光の最大９６％（Ｔ＝１－Ｒ＝０．９６）が実際に透明な境界要素１０４に入り、残りがその表面から反射される。

【0029】

境界透過率Ｔ１は、放出強度Ｉ１に対する透過強度Ｉ２の比率に相当する。
Ｔ１＝Ｉ２／Ｉ１＝９６％ （２）

【0030】

換言すると、放出強度Ｉ１の放出光２０１が（反射防止境界１０６のない）透明な境界要素１０４の表面に入射すると、反射強度Ｉ３の反射部分２０３が反射され、強度Ｉ２を持つ透過部分２０７が、ユーザの身体３００に透過される。

【0031】

透明な境界要素１０４が反射防止境界１０６を備える場合、後者は、反射防止境界透過率Ｔ２、すなわち、放出強度Ｉ１に対する透過強度Ｉ２の比が少なくとも９９％であるように構成され得る。
Ｔ２＝Ｉ２／Ｉ１＝９９％ （３）

【0032】

図２には示されていないが、検出部光２０２の透過部分の反射防止境界透過率もまた、反射防止境界１０６がない場合よりも高くなるような反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４の表面で、検出部光２０２は反射可能でもある。

【0033】

より一般的には、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４が、少なくとも９９％の反射防止境界透過率Ｔ２を持つように、反射防止境界１０６は構成されている。

【0034】

一実施形態では、間隙１５０の第２屈折率ｎ_２よりも大きい第１屈折率ｎ_１を持つ透明な境界要素１０４について、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４が、少なくとも９９％の反射防止境界透過率Ｔ２を持つように、反射防止境界１０６は構成されている。

【0035】

換言すると、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４の反射防止境界透過率Ｔ２が、透明な境界要素１０４の境界透過率Ｔ１よりも少なくとも４％大きいか、次の式のとおりであるように、反射防止境界１０６は構成されている。
Ｔ２≧１．０４Ｔ１ （４）

【0036】

第１屈折率ｎ _１ が第２屈折率ｎ _２ より、少なくとも１０％大きい、例えば約２０％又は約３０％大きいように、少なくとも９９％の反射防止境界透過率Ｔ２を持つように、反射防止境界１０６は構成されている。第２屈折率ｎ_２は、間隙１５０を満たす媒体によって決まる。前述のように、媒体は、空気及び、１．０５という低い屈折率値を有する高多孔性鏡面ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）、あるいは例えば１．２から１．４の間の屈折率値を有する低屈折率ポリマーなどの任意の他の低屈折率材料を含み得る。

【0037】

図３は、ＰＰＧセンサ１００を表し、ここで、光学境界１０４は、反射防止境界１０６を備えていない。この構成では、放出光２０１の反射部分２０３は、透明な境界要素１０４上で反射されて検知部１１０に戻る。このとき、ユーザの身体３００に到達する放出光２０１の透過部分２０７の透過強度Ｉ２を低下させて、光学検出部１０２に到達する検出部光２０２の強度も低下させる。図３は、放出光２０１の反射部分２０３を単一の反射経路として表しているが、複数の反射経路及び複数の反射角度が起こり得る。

【0038】

図４は、反射防止境界１０６を光学境界１０４に追加することにより、放出光２０１の反射部分２０３がどのように減少し、ユーザの身体３００に達する放出光２０１の透過部分２０７の透過強度Ｉ２と、光学検出部１０２に達する検出部光２０２の強度とがどのように増加するかを表している。

【0039】

放出光２０１の透過が増加すると、ＰＰＧ信号の信号対雑音比が増加する。ＰＰＧセンサ１００は、それにより、放出光２０１の強度が下がることで、そして計測されるＰＰＧ信号の同様の振幅を取得することで、消費電力を低減できる（それにより、バッテリ寿命を延ばせる）。

【0040】

上記と同じ理由で、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４はまた、ユーザの身体３００から来て光学検出部１０２に向かって進む検出部光２０２の、増加している反射防止境界透過率Ｔ２を持っている。反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４を通過するとき、放出光２０１と検出部光２０２の両方の反射防止境界透過率Ｔ２が増加するため、発光部１０１によって生成される放出光２０１の放出強度Ｉ１と、検出部の光の強度とは、前記ＰＰＧ信号と同じ信号対雑音比を得る従来のＰＰＧセンサで可能な強度よりも、低くできる。

【0041】

図１の例に示されるように、検知部１１０は、発光部１０１及び光学検出部１０２が設けられている基部１０５を備える。基部１０５は、回路基板、ＰＣＢ、電子支持部、接着パッチ、テキスタイル、皮膚自体、又は他の任意の支持部を備え得る。基部１０５は、可撓性又は剛性、あるいは部分的に可撓性及び剛性であるように構成可能である。基部１０５は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）と、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）と、中央処理装置（ＣＰＵ）と、メモリと、無線モジュールと、電源と、任意の他の電子部品とのうち少なくとも１種類のような様々な電子部品の支持と、それら電子部品への接続との少なくとも一方をすべく、構成し得る。

【0042】

実施し得る構成では、検知部１１０は、オスラム（ＯＳＲＡＭ）製造のＢｉｏｆｙ（登録商標）センサのような単一のチップに統合可能である。検知部１１０は、以下の製品のような追加の機能と処理との少なくとも一方を備えた完全なモジュールとして提供可能である。
マキシム・インテグレーテッド（Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）製造のＭＡＸ３０１００／１／２又はＭＡＸ８６１６０、
アナログ・デバイセズ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ）製造のＡＤＰＤ１４２／４ＲＩ、ＡＤＰＤ１７４／５ＧＧＩ又はＡＤＰＤ１８８ＢＩ、
ヴァランセル（Ｖａｌａｎｃｅｌｌ）製造のＢＷ１／２／４又はＢＥ２／４、
エーエムエス（ＡＭＳ）製のＡＳ７０００又はＡＳ７０２４、
シリコン・ラブス（ＳｉＬａｂｓ， Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｓ）製造のＳｉ１１４３／４又はＳｉ１１７２／３。
基部１０５、発光部１０１及び光学検出部１０２は別個の構成要素としても、提供可能であるか、搭載可能である。

【0043】

発光部１０１は、単一のＬＥＤ（オスラム製ＳＦＨ ４０４３、ＬＴ ＰＷＳＧ、ＣＴ ＤＥＬＳＳ１．１２又はＣＨ ＤＥＬＳＳ１．２２として）、又は複数のＬＥＤ（例えば、オスラム製ＳＦＨ７０１３、ヴィシェイ（Ｖｉｓｈａｙ）製ＶＳＭＤ６６６９４、オーエスアイ（ＯＳＩ）・オプトエレクトロニクス製ＤＬＥＤ－ｘｘｘ／ｘｘｘ－ＣＳＬ－２／３）、あるいはダイオード、有機ダイオード、ポリマーダイオード、レーザーダイオード、又は他の全ての光源などの他の光源を備えてよい。発光部１０１によって放出される光の波長は、緑色の波長範囲（５００ｎｍと５７５ｎｍの間）、赤外線の波長範囲（７５０ｎｍ超）、赤色の波長範囲（６５０ｎｍと７５０ｎｍの間）、黄色の波長（５７５と６５０の間）、青色の波長（４２０ｎｍと５００ｎｍの間）、又はユーザの身体を透過できるその他の波長（４００ｎｍと１５００ｎｍの間）であり得る。

【0044】

光学検出部１０２は、フォトダイオード、光検出部、光トランジスタ、光チップセット、カメラ画像化装置、電荷結合装置、又は他の全ての受信機（例えば、オスラム製Ｄ５１４０ＳＦＨ２２００、ＳＦＨ２４４０、ＢＰＷ３４Ｓ、ＳＦＨ２２０１又はＳＦＨ ２７０４、ヴィシェイ（Ｖｉｓｈａｙ）製ＶＣＮＬ３０３６又はＶＥＭＤ５０１０Ｘ０１、ローム（ＲＯＨＭ）製ＢＨ１７９ＸＧＬＣ、アナログ・デバイセズ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ）製ＡＤＰＤ２２１Ｘ、シリコン・ラブス（ＳｉＬａｂｓ）製Ｓｉ１１８１／２、オーエスアイ・オプトエレクトロニクス製ＰＩＮ－０．８１－ＬＬＳ、ＰＩＮ－４．０－ＬＬＳ又はＰＩＮ－８．０－ＬＬＳ）を備え得る。光学検出部１０２は、大きな光スペクトルで、又は発光部１０１の発光波長に一致するノッチ付きスペクトル窓で光を収集可能である。

【0045】

発光部１０１及び光学検出部１０２は、互いに異なる距離（１．３３、１．４５、２．１８、２．１２、２．３２、２．４、２．５１、２．７１、２．７２、２．８、２．８３、２．９４、２．９５、３．１１、３．５及び５．３（左記の数値の単位は全て）ｍｍ）であり、ユーザの身体３００から（身体に直接接触又は非接触で）異なる距離にあるように構成し得る。発光部１０１と光学検出部１０２との間の異なる距離、及び身体３００からの異なる距離が、身体３００で反射され散乱される放出光２０１及び検出部光２０２の、身体３００内の異なる進行深さとなることが知られている。

【0046】

他の変形例では、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４は、平坦であり得るか、又はゼロでない曲率半径を持ち得る。例えば、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４は、１０ｍｍと１００ｍｍの間の曲率半径を持ち得る。

【0047】

反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４の形状は、ＰＰＧセンサ１００と身体との間で起こり得る動きを小さくするために、ＰＰＧセンサ１００が着用されたときのユーザの身体３００との接触圧力を最適化するように、構成され得る。反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４の形状及び粗さは、放出光２０１の透過部分２０７の透過強度Ｉ２と検出部光の強度とを最大化するために、透明な境界要素１０４と身体３００との間の接触を最適化するように、さらに構成され得る。

【0048】

一実施形態によれば、反射防止境界１０６は、テクスチャー（微細な凹凸）付き表面を備える。好ましくは、反射防止境界１０６は、０．０２５μｍと０．４０μｍの間の表面粗さＲａを持つテクスチャー付き表面を備える。このような粗さは、ＳＰＩ（米国のプラスチック工業協会）金型表面仕上げ規格又はＶＤＩ規格（ドイツ技術者協会規格）に準拠したＳＰＩ仕上げＡ－２からＣ－２に相当する。テクスチャー付き表面は、モールディング、フォーミング、機械加工、又はその他の適切な技術によって製造可能である。

【0049】

図１に示される構成では、反射防止境界１０６は、透明な境界要素１０４の一側部に備えられている。図１の特定の一例では、反射防止境界１０６は、透明な境界要素１０４の、検知部１１０に比較的近いほうの一側部に備えられている。さらに、図１の特定の一例では、透明な境界要素１０４の、反射防止境界１０６のないほうの一側部は、ユーザの身体３００の（皮膚のような）組織と直接接触可能である。後者の構成は、空気の屈折率変化によって引き起こされる放出光の反射部分２０３を低減することと、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４（すなわち、検知部１１０から比較的遠い透明の境界要素１０４）とによって、放出光２０１の透過を増やせる。

【0050】

境界部１２０の他の配置（図示せず）は、しかしながら、企図される。例えば、反射防止境界１０６は、検知部１１０に比較的遠い透明な境界要素１０４の側に備えられてもよく、よって、ＰＰＧセンサ１００が着用されるときにユーザの身体３００により近くなるように決められていてもよい。そのような構成は、透明な境界要素１０４の反射防止境界透過率Ｔ２をさらに増加できるようにする。

【0051】

別の可能な構成では、反射防止境界１０６は、ユーザの身体３００の組織（皮膚など）と直接接触可能となっている。さらに別の可能な構成では、境界部１２０は、ＰＰＧセンサが着用されるとき反射防止境界１０６はユーザの身体３００と接触しないように構成されることがある。

【0052】

さらに別の構成では、反射防止境界１０６は、透明な境界要素１０４の両側に備えられることがある。この構成は、空気の屈折率の変化及び反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４によって引き起こされる放出光の反射部分２０３を減らすことによって、放出光２０１の透過の増加を可能にする。透明な境界要素１０４の、検知部１１０から比較的遠いほうの一側部の反射防止境界１０６は、ユーザの身体３００の組織の屈折率の変化と、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４とによって引き起こされる放出光の反射部分２０３を減らすことによって、放出光２０１の透過を増やす。

【0053】

ＰＰＧセンサ１００は、接触ＰＰＧセンサを備えることがあり、透明な境界要素１０４のいずれかの側又は透明な境界要素１０４の両側に反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４が、ユーザの身体３００と接触する（直接接触の場合がある）。代替的に、ＰＰＧセンサ１００は、非接触ＰＰＧセンサを備えることがあり、透明な境界要素１０４のいずれかの側又は透明な境界要素１０４の両側に反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４は、ユーザの身体３００と接触しない。非接触ＰＰＧセンサ１００の例には、光源としての発光レーザー及び光学検出部としての高速ＰｉＮフォトダイオードが含まれる（例えば、非特許文献４（参考文献）ｏａｉ：ｄｓｐａｃｅ．Ｉｂｏｒｏ．ａｃ．ｕｋ：２１３４／２２１８８）（英国ルフバラ大学下の一論文等）を参照。）

【0054】

一実施形態では、境界部１２０は、検知部１１０と透明な境界要素１０４との間の間隙１５０を画定するように、基部１０５と透明な境界要素１０４との間に延在する境界構造１０３を備える。図１から図３に示される例では、境界構造１０３は、発光部１０１と光学検出部１０２との間の中間壁１３０と、発光部１０１及び光学検出部１０２を取り囲む側壁１３１とを備える。

【0055】

境界構造１０３は、間隙１５０が基部１０５、壁１３０、壁１３１、及び透明な境界要素１０４の間で完全に囲まれるように構成されることがある。境界構造１０３は、間隙１５０が外部環境から密閉されるように構成されることがある。他の変形例では、境界構造１０３は、間隙１５０が外部環境に対して開かれるように構成されることがある。ここで、中間壁１３０及び側壁１３１は、開口部を備えることがあり、あるいは柱又は他の任意の開放構造を備えることがある。

【0056】

好ましい実施形態では、基部１０５と透明な境界要素１０４との間の距離を変えられるように、これにより、圧力が基部１０５又は透明な境界要素１０４の一方あるいはそれら両方に加えられたとき（図５参照。）に間隙１５０の高さ（又は体積）を変えられるように、境界構造１０３は柔軟である。

【0057】

柔軟な境界構造１０３はさらに、検知部１１０を形成する異なる光学的及び機械的要素の組立体の欠陥を修正することによる、検知部１１０の組立体公差の補償を可能にする。

【0058】

柔軟な境界構造１０３は、（先述のＢｉｏｆｙ（登録商標）センサ及び他の市販のセンサのような）市販の検知部１１０との統合を、設計上の大きな自由度を持って、容易にする。ＰＰＧセンサ１００の製造がかように容易になる。

【0059】

境界構造１０３と組み合わせた透明な境界要素１０４は、検知部１１０を外部環境からの遮蔽（例えば、検知部１１０をほこり、水、及び湿気からの保護）を可能にする。反射防止境界１０６を備えることがある透明な境界要素１０４は、洗浄可能である。透明な境界要素１０４はさらに、検知部１１０をユーザの身体３００の組織から絶縁を可能にし、ＰＰＧセンサ１００がユーザの身体３００の組織と接触しているときの生体適合性を提供する。

【0060】

既知のＰＰＧセンサ構成では、発光部１０１及び光学検出部１０２は、ユーザの身体３００（皮膚など）と直接接触しているか、又は媒体材料を介して接触していて、媒体材料は、透明な境界要素１０４、あるいはユーザの身体３００の屈折率（典型的には約１．４から１．５）に近い屈折率を有する他の材料であり得る。

【0061】

対照的に、本明細書に記載のＰＰＧセンサ１００は、発光部１０１と光学検出部１０２との間の間隙１５０と、透明な境界要素１０４とを備える。先述のように、間隙１５０は、空気又は別の媒体で満たしてよい。空気の場合、そしておそらく別の媒体の場合、屈折率は１に近いことがあり、その結果、間隙１５０と透明な境界要素１０４との間の境界で放出光２０１の大きな反射部分２０３が生じ、それにより境界透過率Ｔ１が低くなる。

【0062】

反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４は、９９％以上の放出強度１１に対する透過強度Ｉ２の比の取得のため、発光部１０１と光学検出部１０２と透明な境界要素１０４との間に備えられる間隙１５０の場合、屈折率が１に近づくのを可能にする。換言すると、反射防止境界１０６は、反射防止境界１０６を備える透明な境界要素１０４の反射防止境界透過率Ｔ２が、（反射防止境界１０６なしの）透明な境界要素１０４の境界透過率Ｔ１よりも少なくとも４％大きくなるように構成されることがある。

【0063】

境界構造１０３は、光学的シャント（回避）を防止するように、すなわち、放出光２０１が透明な境界要素１０４及びユーザの身体３００の組織を通ることなく光学検出部１０２に到達するのを防止することと、周囲光２０６を防止することとの少なくともどちらかをするべく、さらに構成されることがある。換言すると、境界構造１０３は、光学的マスクとして使用されることがある。ここで、周囲光２０６は、ＰＰＧセンサ１００の外部環境から来る光である。

【0064】

図１から図３に示されるように、中間壁１３０は、発光部１０１を光学検出部１０２から光学的に遮蔽し、透明な境界要素１０４及びユーザの身体３００の組織を通って移動することなく放出光２０１が光学検出部１０２に到達するのを防ぐ。側壁３１１は、周囲光２０６が光学検出部１０２に到達するのを防ぐように構成されることがある。

【0065】

そのために、境界構造１０３は、遮光材料と光反射材料との少なくとも一方から作製されることがある。境界構造１０３は、暗い又は明るい色と、暗い又は明るい表面仕上げとの少なくとも一方を備えることがある。境界構造１０３は、光を吸収しない材料から作製されることがある。

【0066】

図６は、ＰＰＧセンサ１００の変形例を示し、この例では境界構造１０３は、中間壁を備えず、放出光２０１のシャント部２０４は、透明な境界要素１０４及びユーザの身体３００ を通過することなく、光学検出部１０２に向かって移動する。

【0067】

図７は、境界構造１０３の最適な寸法を示し、中間壁１３０は、基部１０５と透明な境界要素１０４との間に延在し、それがユーザの身体３００を通ることなく光学検出部１０２から光学検出部に移動するのを防ぐことによって、境界反射部分２０５を低減する。境界構造１０３の寸法はまた、放出光２０１が、検知部１１０から比較的遠い透明な境界要素１０４の表面で反射し、それ以上移動しない、すなわち、ユーザの身体３００を通らないように構成される。境界構造１０３の寸法は、放出光２０１及び検出部光２０２の反射角及び屈折角に基づいている。

【0068】

改善された光学性能を有するＰＰＧセンサ１００は、異なる用途に適合された新しい構成の探索を可能にする。例えば、ＰＰＧセンサ１００は、（例えば、空間的に４ｍｍから１０ｍｍ離されている発光部１０１及び光学検出部１０２を持つＰＰＧセンサ１００のような）小型、又は（空間的に１０ｍｍ超で離されている発光部１０１及び光学検出部１０２を持つＰＰＧセンサ１００など）大型であり得る。代替的には、又は組み合わせで、発光部１０１の波長又は波長範囲が選択されることがあり、また、組織内の放出光２０１の表面的又は深い侵入深さのいずれかを可能にして、ユーザの身体３００組織の異なる層の動脈拍動を測定するための光学検出部１０２のフィルタリング構成を選択することがある。

【0069】

ＰＰＧセンサ１００は、腕バンド、手首、指先、又は耳のうちのいずれか１つを含む、ユーザの身体３００の任意の位置で着用されるように構成され得る。

【0070】

ＰＰＧセンサ１００は、ヘッドバンド、足首ブレスレット、チョーカー、リング、ヘルメット、イヤプラグ、補聴器、ヘッドフォン、眼鏡、シャツ、ブラ、衣服、手袋、下着のパンツ、靴下、靴、ウェアラブルセンサ、ユーザの皮膚に付着するパッチ、拍動信号センサのいずれかを含む装着可能装置に統合されるように構成され得る。

【0071】

ＰＰＧセンサ１００は、ベッドセンサ、椅子センサ、トイレセンサ、テーブルセンサ、自動車センサ、コンピュータマウスセンサ、又は拍動信号の測定が決められている任意の他の構成のいずれか１つを備える、ユーザの身体３００と接触するように決められた装置に統合されるようにさらに構成し得る。

【0072】

放出光２０１の透過の増加及びＰＰＧ信号の信号対雑音比の増加により、ＰＰＧセンサ１００は、局所的な動脈拍動性の測定を容易にする。実際、ＰＰＧ信号の信号対雑音比が増加すると、血圧などの心臓血管変数を決定するために使用される局所動脈拍動の時系列の分析など、信号処理アルゴリズムのパフォーマンスが向上する。

【0073】

ＰＰＧセンサ１００は、血圧、脈圧、中心脈波速度、末梢脈波速度、動脈硬化、大動脈パルス通過時間、増大指数、ストローク量、ストローク量変動、脈圧変動、心臓出力、全身血管抵抗、静脈圧、全身血行力学的変数、肺血行力学的変数、脳血行力学的変数、心拍数、心拍数変動、心拍間隔、不整脈の検出、排出期間、ＳｐＯ２（血中酸素飽和度）、ＳｐＨｂ（経皮的連続的トータルヘモグロビン）、ＳｐＭｅｔ（メトヘモグロビン濃度）、ＳｐＣＯ（カルボキシヘモグロビン濃度）、呼吸数、呼吸量、無呼吸の検出、睡眠の質、睡眠スコア、睡眠分析、就寝時間、睡眠時間、レム睡眠時間、浅い睡眠時間、深い睡眠時間、起床時間、睡眠時間、睡眠効率、覚醒時間入眠後、いびきの持続時間、ストレス指数、並びに一般的な心血管及び健康指数（複数）の決定に使用可能である。

【符号の説明】

【0074】

１００ 光電脈波（ＰＰＧ）センサ
１０１ 発光部
１０２ 光学検出部
１０３ 境界構造
１０４ 透明な境界要素
１０５ 基部
１０６ 反射防止境界
１１０ 検知部
１２０ 境界部
１３０ 中壁
１３１ 側壁
１５０ 間隙
２０１ 放出光
２０２ 検知部光
２０３ 放出光の反射光の部分
２０４ 放出光のシャント（回避）部分
２０５ 放出光の境界反射部分
２０６ 周囲光
２０７ 放出光の透過光の部分
３００ ユーザの身体
ｌ１ 放出強度
Ｉ２ 透過強度
Ｉ３ 反射強度
ｎ、ｎ_１、ｎ_２ 屈折率
Ｔ１ 境界の透過率
Ｔ２ 反射防止境界の透過率

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】